光学显微镜的基础知识

什么是光学显微镜？

光学显微镜（英文：Optical microscope）是一种与目镜和物镜一起使用的设备，用于放大和观察肉眼无法看到的微小物体。

有些使用荧光或激光作为光源，但通常使用可见光的设备。

放大倍率可以从几倍到大约1500倍不等。 根据观察的物体，生物显微镜和冶金显微镜有不同类型，正确选择取决于样品的透光率。

透光的生物样品使用透射光，而不透光的金属样品则使用反射光观察。 因此，生物显微镜和冶金显微镜在光源、透镜和样品的排列上有所不同。

光学显微镜的应用

由于可见光作为光源，人眼可以直接观测，无需转换光线，结构简单且成本相对较低，广泛应用于生物学、医学、食品、半导体和教育等多个领域。

具体来说，它被用于血液检测、微生物检测、尘埃检测和集成电路检测等多种检测，以及这些领域的研发应用。

光学显微镜的原理

光学显微镜的原理很简单：光线照射在被观察的物体上，穿过物体的透射或反射光会被物镜放大。

观察者看到的是物镜放大的虚像，而该光（图像）又被目镜进一步放大。光学显微镜的放大率表示为物镜与目镜放大倍率的乘积。 放大倍率越高，你就能越多地放大和观察更小的物体。

根据光线的施加方式，显微镜大致分为两类：“透射型”和“反射型”。 对于透明类型，它用于透光的物体，如细胞和细菌等生物样本;而在反射类型中，则用于金属和半导体等不透光的物体。 它们还根据样品的观测方向进行分类：直立型，物镜置于上方;倒置型，物镜置于下方。 特别是，由于培养皿培养样品需要从下方观察，因此采用倒置型。 图中展示了*的直立透射显微镜的概览。

光学显微镜的光学放大率由物镜和目镜的放大倍数决定。 此外，在光学显微镜观察中，不仅放大倍率，分辨率和对比度也是重要因素。

分辨率指的是两个不同点在*小距离（δ）时可以区分为两个独立点，从而表明该点的细节识别程度。 在显微镜的情况下，分辨率由物镜口径（NA）和光波长（λ）决定，具体公式为。

δ = kλ/NA（k 是常数）

此外，孔径数NA计算为n×sinθ，其中n是物镜与介质之间的折射率，θ是入射到物镜相对于光学轴的*角度。

接下来，我们来谈谈对比。

生物样本通常是透明的，即使你直接观察它们，它们也可能变得透明，导致难以识别其结构。 在这种情况下，需要用染料或调暗光线来调整观测条件。 通过调整色彩和光线，你可以为图像增加对比度，使观察主体更加容易。

近年来，除了染色和孔径调整外，还建立了利用光散射、衍射和荧光的观测方法，即相位对比和微分干涉。 还有专门用于这些观察方法的光学显微镜，称为相差显微镜或光学显微镜中的差分干涉显微镜。 染色细胞时，细胞会死亡，但通过相差显微镜或差分干涉显微镜，可以观察活细胞。